CH693667A5

CH693667A5 - Vorrichtung mit mindestens einemAmboss.

Info

Publication number: CH693667A5
Application number: CH01535/99A
Authority: CH
Inventors: Peter Giacomelli; Erik Schott; Ikuro Yokoyama; Omiya Takashi
Original assignee: Tetra Laval Holdings & Finance
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1998-02-17
Publication date: 2003-12-15
Also published as: EP1009618A1; ATE305380T1; NO994038D0; JP4107357B2; DE69831760D1; AU720357B2; EP1009618B9; ATE251542T1; NO994038L; EP1287970A2; DE69818840D1; SE9902812D0; SE9902812L; DE69818840T2; EP1009618B1; DE69831760T2; EP1287970B1; AU6174698A; NO319609B1; JP2001522321A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit mindestens einem Amboss zur Verwendung in Verbindung mit mindestens einem Ultraschallhorn.

Hintergrundtechnik

Kartons bzw. Behälter mit giebelförmiger Oberseite werden häufig zum Verpacken von Milch, Säften oder anderen Nahrungsmitteln sowie einer Vielzahl anderer Produkte verwendet. Derartige Kartons werden aus einem Folienmaterial hergestellt, welches mit sich selbst wärmeverschweissbar ist. Das typische Material ist Pappe, welche auf beiden Seiten mit Polyethylen oder einem anderen wärmeverschweissbaren Material beschichtet ist.

Giebelverschlüsse werden herkömmlicherweise verschlossen, indem der Karton entlang vorgeformter Kerblinien gefaltet wird, um ein aufrecht stehendes Ende (bzw. bei einem Bodenverschluss ein abhängendes Ende) mit verschiedener Dicke eines wärmeverschweissbaren Materials auszubilden. Das Ende wird zwischen einem Ultraschall-Verschweisshorn und einem Amboss eingefangen, und eine Ultraschallenergie, welche auf die Verbindung durch das Horn übertragen wird, bewirkt ein Schmelzen des wärmeverschweissbaren Materials am Ende, wodurch eine Abdichtung entsteht.

Ein Problem, welches allgemein beim Gestalten einer Ultraschall-Verschweisseinrichtung berücksichtigt werden muss, ist die Art und Weise, in welcher verhindert wird, dass die beabsichtigt getrennten, sich bewegenden Teile der Einrichtung zusammengeschweisst werden, wenn diese während eines Verschweissvorgangs versehentlich oder beabsichtigterweise in Berührung gebracht werden. Ein weiteres Problem besteht in der Art und Weise, in welcher verhindert wird, dass Ultraschallschwingungen ausgehend von der Verschweissstelle auf andere Teile des Ambosses oder der Maschinenanlage streuen. Wieder ein weiteres Problem ist die Kühlung des Ambosses bzw. der Ambosse während des Verschweissvorgangs, ohne den Verschweissvorgang zu beeinträchtigen.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung mit mindestens einem Amboss zur Verwendung in Verbindung mit mindestens einem Ultraschallhorn gemäss Patentanspruch 1. Die Vorrichtung kann zum Verschweissen des Verschlusses eines Kartons mit einer ersten und einer zweiten Seite, angeordnet an einer Verschlussverschweissposition dienen. Ein typischer Verschluss, welcher durch den Amboss der vorliegenden Erfindung verschweisst werden kann, ist ein Verschluss mit giebelförmiger Oberseite oder Unterseite für einen Flüssignahrungsmittelkarton. Die vorliegende Erfindung ist eine Komponente einer Kartonverschweissvorrichtung, welche eine Station einer Verpackungsmaschine für Kartons mit giebelförmiger Oberseite sein kann.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung umfasst beispielsweise nur einen Amboss zur Verwendung in Verbindung mit einem Ultraschallhorn. Der Amboss umfasst einen Ambosskörper, einen Schwingabschnitt, einen Verschweissabschnitt mit einem vorbestimmten Verschweissmuster, eine Einrichtung zur Schalldämmung des Ambosskörpers und ein Kühlsystem. Der Schwingabschnitt ist vor dem Ambosskörper angeordnet. Der Verschweissabschnitt ist über dem Schwingabschnitt angeordnet. Die Einrichtung zur Schalldämmung des Ambosskörpers ist zwischen dem Ambosskörper und dem Schwingabschnitt angeordnet.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann auch eine Vielzahl von Ambossen zur Verwendung in Verbindung mit einer Vielzahl von Ultraschallhörnern umfassen. Die Vorrichtung umfasst in diesem Fall eine Ambossschiene, eine Vielzahl von Ambossen, eine Vielzahl von Verbindungsrohren, eine Wärmeabführfluid-Quelle und einen Entladebehälter. Die Ambossschiene ist mit einem Ambossantrieb verbunden, welcher die Ambossschiene in Bewegung versetzt. Die Vielzahl von Ambossen sind an der Ambossschiene angebracht. Jeder der Vielzahl von Ambossen weist einen Durchgangsweg zum Kühlen des Ambosses durch die Übertragung von Wärme von dem Amboss zu einem Wärmeabführfluid, welches durch den Durchgangsweg strömt, auf. Jeder der Vielzahl von Ambossen ist in der Lage, einzelne Verschweissvorgänge in Verbindung mit einem Ultraschallhorn auszuführen.

Die Vielzahl von die Ambosse miteinander verbindenden Rohren überträgt das Wärmeabführfluid zwischen jedem der Vielzahl von Ambossen. Jedes der Vielzahl von die Ambosse miteinander verbindenden Rohren ist zu jedem entsprechenden Amboss der Vielzahl von Ambossen durch mindestens einen O-Ring abgedichtet. Die Wärmeabführfluid-Quelle ist durch ein Einlassrohr in Strömungsverbindung mit der Vielzahl von die Ambosse miteinander verbindenden Rohren. Der Entladebehälter ist durch ein Auslassrohr in Strömungsverbindung mit der Vielzahl von Verbindungsrohren.

Jedes der Vielzahl von die Ambosse miteinander verbindenden Rohren kann aus einem im Wesentlichen rostfreien Stahlmaterial bestehen. Die Vielzahl von die Ambosse miteinander verbindenden Rohren ermöglicht jedem einzelnen Amboss, sich unabhängig von den anderen zu bewegen. Jedes der Vielzahl von Ultraschallhörnern kann einen Umwandler und eine Sonotrode umfassen. Die Sonotrode kann eine Vielzahl von Auflagen umfassen, welche daraus herausragen und derart auf der Sonotrode angeordnet sind, dass eine Störung mit der Ultraschallverschweissung vermieden wird. Jede der Vielzahl der Auflagen weist eine vorbestimmte Länge auf, welche im Wesentlichen der Minimaldicke eines Gegenstands entspricht, welcher einer Ultraschallverschweissung unterzogen wird.

Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung mit mindestens einem Amboss mit einer Einrichtung zur Schalldämmung eines Ambosskörpers und eines Schwingabschnitts zu schaffen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung mit einer Vielzahl von Ambossen mit einem Verbund-Kühlsystem zu schaffen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung mit einer Vielzahl von Auflagen zum Verhindern einer Beschädigung des Ambosses ausgehend von dem Horn zu schaffen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung mit einem Amboss mit einem austauschbaren Verschweissabschnitt zu schaffen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Ultraschallambosses der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 stellt eine Vorrichtung mit einer Vielzahl von Ambossen der vorliegenden Erfindung dar.
Fig. 3 stellt eine Teilschnittansicht eines Ambosses der Vorrichtung von Fig. 2 dar.
Fig. 4 ist eine Seiten-Perspektive eines Ambosses der vorliegenden Erfindung mit einer speziell gestalteten Gummimembran als Dämmeinrichtung.
Fig. 5A ist eine Drauf-Perspektive eines Ambosses des Standes der Technik.
Fig. 5B ist eine Seiten-Perspektive eines Ambosses des Standes der Technik.
Fig. 6A ist eine Drauf-Perspektive des Ambosses mit der Gummimembran von Fig. 4.

Fig. 6B ist eine Seiten-Perspektive des Ambosses mit der Gummimembran von Fig. 4.
Fig. 7A ist eine Drauf-Perspektive eines Ambosses mit einer anderen Gummimembran.
FIG. 7B ist eine Seiten-Perspektive eines Ambosses mit einer anderen Gummimembran.
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Ambosses der vorliegenden Erfindung.
Fig. 9 ist eine perspektivische Seitenansicht eines Ambosses der vorliegenden Erfindung in Eingriff mit einer Sonotrode eines Ultraschallhorns.
Fig. 10 ist eine perspektivische Draufsicht eines Ambosses der vorliegenden Erfindung in Eingriff mit einem Karton.
Fig.

11 ist eine perspektivische Draufsicht eines Ambosses der vorliegenden Erfindung in Eingriff mit einem verschweissten Karton.
Fig. 12 ist eine perspektivische Draufsicht einer Ultraschall-Kartonverschweissvorrichtung der Patent-anmeldung von Schott et al.
Fig. 13-15 zeigen einen an einem Verschluss mit giebelförmiger Oberseite ausgeführten Verschweissvorgang.

Beste Ausführungsformen der Erfindung

Eine Vorrichtung mit mindestens einem Amboss gemäss der vorliegenden Erfindung kann bei einer Kartonformungs-, Kartonfüll- und Kartonverschweissmaschine, wie der in dem U.S.-Patent Nr. 5 488 812 von Stark et al., veröffentlicht am 6. Februar 1996, beschriebenen Verpackungsmaschine, verwendet werden. Die Verpackungsmaschine von Stark et al. ist lediglich ein Beispiel der möglichen Anwendungen der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung. Fachleute auf diesem Gebiet sind sich einer Vielzahl von möglichen Anwendungen der Vorrichtung bewusst, welche nicht von dem Wesen und dem Umfang der vorliegenden Erfindung abweichen.

Wie in Fig. 1 dargestellt, weist der Amboss 20 ein Vorderende 21 und ein Hinterende 22 auf. Der Amboss 20 umfasst einen Ambosskörper 23, einen Schwingabschnitt 24, einen Verschweissabschnitt 26 und eine Einrichtung zur Schalldämmung des Ambosskörpers, welche bei diesem Ausführungsbeispiel des Ambosses 20 ein Luftraum 28 ist. Der Luftraum 28 ist durch den Schwingabschnitt 24 an dem Vorderende, durch den Ambosskörper 23 an dem Hinterende und durch ein Paar von parallelen Brücken 30 und 32 an den Seiten umrandet. Die parallelen Brücken 30 und 32 verbinden ferner den Schwingabschnitt 24 mit dem Ambosskörper 23. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, befinden sich die parallelen Brücken ausserhalb der vorbestimmten Länge des Verschweissabschnitts 26.

Diese Gestaltung ermöglicht die Stabilität, welche von dem Amboss 20 für eine wirksame Verschweissung eines Kartons, nicht dargestellt, benötigt wird. Der Luftraum 28 sorgt für die Dämmung des Ambosskörpers 23 von dem Schwing-abschnitt 24 während der Aktivierung des Ultraschallhorns, welches während des Verschweissvorgangs Energie auf den Amboss überträgt. Der Luftraum 28 ermöglicht das Halten der Energie in dem Schwingabschnitt 24 an Stelle von deren Übertragung auf den Rahmen, nicht dargestellt, über den Ambosskörper 23. Die Schalldämmeinrichtung ist unten genauer beschrieben.

Wie in Fig. 2 dargestellt, umfasst eine Vorrichtung 36 mit einer Vielzahl von Ambossen eine Ambossschiene 38, eine Reihe von Ambossen 20A-F und eine Vielzahl von die Ambosse miteinander verbindenden Rohren 39. Die sechs Ambosse 20A-F ermöglichen die Verschweissung von sechs Kartons gleichzeitig mit einem einzigen Reziprokhub der gruppierten Ambosse 20A-F. Obwohl das vorliegende Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung mit einer Ambossschiene darstellt, werden Fachleute auf diesem Gebiet erkennen, dass grössere bzw. kleinere Mengen von Ambossen bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Die Ambosse 20A-F sind abnehmbar auf der Ambossschiene 38 angebracht, um einen periodischen Austausch der Ambosse 20A-F zu ermöglichen.

Die Ambossschiene ist zum Fahren nach hinten und nach vorne zwischen einer geöffneten Position, welche ein Passieren eines Kartons ermöglicht, und einer geschlossenen Position zum Drücken gegen die eine Seite eines Verschlusses, welcher sich an der Verschlussverschweissposition befindet, angeordnet. Auf diese Weise wird eine Vielzahl von Kartons auf einmal verschweisst.

Ein Teil der Ultraschallenergie wird während eines Betriebs der Ultraschallverschweissvorrichtung ausgehend von den Wandlern bzw. Verschweisshörnern auf die Ambosse 20A-F übertragen. Diese Ultraschallenergie wird in Form von Wärme von den Ambossen 20A-F abgeführt. Ein Kühlsystem kann verwendet werden, um eine Überhitzung der Ambosse 20A-F während eines Betriebs der Ultraschallverschweissvorrichtung zu vermeiden. Das Kühlsystem der vorliegenden Erfindung ist am deutlichsten in Fig. 3 dargestellt. Wie in Fig. 3 dargestellt, besteht das Kühlsystem aus einem internen Durchgangsweg 40 durch jeden der Ambosse 20A-F, und insbesondere einem internen Durchgangsweg 40 durch den Schwingabschnitt 24 der Ambosse 20A-F.

Jeder der internen Durchgangswege 40 weist einen vorbestimmten Durchmesser auf und verläuft ausgehend von einer Seite des Ambosses 20 zu einer gegen-überliegenden Seite. Der interne Durchgangsweg 40 ist in einer Position angeordnet, welche die am wenigsten nachteilige Wirkung auf den Betrieb des Ambosses 20 aufweist, während dessen Kühlfähigkeiten maximiert werden. Die Strömung des Wärmeabführfluids durch den internen Durchgangsweg 40 ist ebenfalls ein Faktor der Kühlfähigkeit des internen Durchgangsweges 40, da die Strömungsrate bestimmt, wie schnell die Hitze aufgenommen und von den Ambossen 20A-F entfernt wird. Eine geringere Strömungsrate erfordert einen grösseren Flächenbereich und umgekehrt.

Daher sollte der interne Durchgangsweg 40 einen ausreichenden Flächenbereich aufweisen, um Wärme von dem Amboss 20 in einer vorbestimmten Zeitspanne auf der Grundlage einer festgelegten Strömungsrate des Wärmeabführfluids aufzunehmen.

Der interne Durchgangsweg 40 wird ebenfalls entfernt von jeglicher Berührung mit der Einrichtung zur Schalldämmung des Ambosses, unabhängig davon, ob die Schalldämmeinrichtung ein Luftraumspalt 28, wie in Fig. 1 dargestellt, eine Gummimembran, wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt, oder Ähnliches ist. Die Notwendigkeit, die Schalldämmeinrichtung zu vermeiden, ist ein Faktor bei der Grösse und Anordnung der internen Durchgangswege 40 in jedem der Ambosse 20A-F. Um die Kühlfähigkeiten davon zu optimieren, müssen die internen Durchgangswege 40 einen ausreichenden Flächenbereich aufweisen, jedoch kann die Grösse die Dämmeinrichtung nicht stören. Ferner darf die Anordnung der internen Durchgangswege 40 nicht die Dämmeinrichtung stören, jedoch muss dieser Faktor mit der Fähigkeit abgeglichen werden, Wärme wirksam von dem Amboss 20 abzuführen.

Jeder der internen Durchgangswege 40 jedes der Ambosse 20A-F ist durch ein die Ambosse miteinander verbindendes Rohr 39 mit den andern verbunden. Jedes der die Ambosse miteinander verbindenden Rohre 39 weist einen Durchmesser auf, welcher ein Einsetzen des Rohrs 39 in jeden der internen Durchgangswege 40 ermöglicht und noch immer die wirksame Strömung eines Fluids durch das Rohr 39 ermöglicht. Einmal in den internen Durchgangsweg 40 eingesetzt, wird das die Ambosse miteinander verbindende Rohr 39 zu jedem der Ambosse 20A-F durch mindestens einen und vorzugsweise zwei O-Ringe 42 abgedichtet. Die O-Ringe 42 ermöglichen jedem einzelnen Amboss 20 eine Bewegung relativ zu jedem anderen Amboss 20, ohne Abtrennung des die Ambosse miteinander verbindenden Rohrs 39, welches zwischen benachbarten Ambossen 20A-F angeordnet ist.

Die die Ambosse mitei-nander verbindenden Rohre 39 weisen eine vorbestimmte Länge auf, welche diese mit einer ausreichenden Länge versieht, um deren Verbindung zwischen benachbarten Ambossen 20A-F beizubehalten, wenn ein Amboss 20 aus einer Ausrichtung an dessen benachbartem Amboss 20 herausbewegt wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen die die Ambosse miteinander verbindenden Rohre 39 aus einem Kunststoffmaterial. Jedoch können andere Materialien, wie rostfreier Stahl, bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden. Jedoch werden Fachleute auf diesem Gebiet erkennen, dass eine Vielzahl weiterer Materialien den rostfreien Stahl ersetzen können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Die die Ambosse miteinander verbindenden Rohre 39, welche mit jedem der beiden Endambosse 20A und 20F an einem Ende jedes der Rohre 39 verbunden sind, sind an dem gegenüberliegenden Ende mit einem Einlassrohr 44 und einem Auslassrohr 46 verbunden, wie in Fig. 2 dargestellt. Auf diese Weise sind sämtliche der internen Durchgangswege 40, sämtliche der die Ambosse miteinander verbindenden Rohre 39, das Einlassrohr 44 und das Auslassrohr 46 allesamt in Strömungsverbindung miteinander.

Das Einlassrohr 44 ist in Strömungsverbindung mit einer Wärmeabführfluid-Quelle 48, nicht dargestellt, und das Auslassrohr 46 ist in Strömungsverbindung mit einem Verlustfluidlager 50, nicht dargestellt. Ein Wärmeabführfluid ist definiert als ein Fluid, welches im Wesentlichen die Temperatur durch die Übertragung von Wärme zwischen einem Gegenstand und dem Wärmeabführfluid aufrechterhält. Bei der vorliegenden Erfindung wird das Wärmeabführfluid wahrscheinlich lediglich dazu verwendet, Wärme von dem Gegenstand, einem Amboss 20, zu dem Wärmeabführfluid zu übertragen. Ein bevorzugtes Wärmeabführfluid ist Wasser, jedoch können andere Fluids bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Das Einlassrohr 44 kann direkt mit der gemeinsamen Quelle für Wasser verbunden werden, oder es kann mit einer Vorrichtung verbunden werden, welche gegebenenfalls das Wasser zuerst abkühlt. Das Wasser strömt durch das Einlassrohr 44 zu dem ersten die Ambosse miteinander verbindenden Rohr 39, in den internen Durchgangsweg 40 des ersten Ambosses 20A und anschliessend in einer ähnlichen Weise durch den Rest der Ambosse 20B-F. Ist einmal das Wasser durch den letzten Amboss 20F geflossen, so fliesst es durch das Auslassrohr 46 zu dem Verlustfluidlager 50, wie einer Senke, welches in Strömungsverbindung mit einem Abwasserkanalsystem ist. Alternativ hierzu kann das Wasser ausgehend von dem Auslassrohr 46 zu einem Umlaufsystem fliessen, welches das Wasser in das Einlassrohr 44 zurückführt.

Die Verwendung eines Kunststoffmaterials bzw. eines rostfreien Stahl-materials für die die Ambosse miteinander verbindenden Rohre 39 verringert die Möglichkeit, dass die Rohre 39 durch das Wasser oxidieren.

Im Betrieb liefert das Kühlsystem ein Wärmeabführfluid, wie abgekühltes Wasser, zu den Ambossen 20A-F, welches die Übertragung der Wärme von den Ambossen 20A-F zu dem Fluid ermöglicht. Da das Fluid von dem Einlassrohr 44 durch die Ambosse 20A-F zu dem Auslassrohr 46 strömt, senkt die Übertragung von Wärme auf das Fluid die Betriebs-temperatur der Ambosse 20A-F, wodurch die Möglichkeit verringert wird, dass schädliche Wirkungen aus der Überhitzung der Ambosse 20A-F erwachsen.

Bei einem Ultraschallverschweissvorgang ist der Amboss 20 ein Ab schnitt des Schwingsystems und muss gegen den Rest der Maschine schallgedämmt sein. Der Amboss muss schallgedämmt sein, um eine mögliche Beschädigung der Maschinenstruktur zu vermeiden und ferner den Verlust von Ultraschallenergie an den Maschinenrahmen zu verringern. Derzeit wird diese Schalldämmung durch eine Gummischicht zwischen dem Schwingabschnitt 24 und dem Ambosskörper 23 erreicht. Die Gummischicht macht das Vorderende 21 des Ambosses 20 (den Verschweissabschnitt 26 und den Schwingabschnitt 24) flexibel, wodurch die Druckverteilung des Verschweissabschnitts 26 gestört wird. Wenn der Gummi hart und steif ist, so ist die Dämmwirkung gering, wodurch ermöglicht wird, dass eine grössere Menge von Ultraschallenergie auf den Maschinenrahmen übertragen wird.

Wenn überhaupt keine Dämmung vorhanden ist, so ist die übertragene Menge von Ult-raschallenergie sehr gross.

Bei der vorliegenden Erfindung weist die Einrichtung zur Schalldämmung eines Ambosses 20 verschiedene Ausführungsbeispiele auf. Ein Ausführungsbeispiel ist ein Luftraumspalt 28 zwischen dem Schwingabschnitt 24 und dem Ambosskörper 23, wie in Fig. 1 dargestellt. Der Luftraumspalt 28 verringert die Menge von Schallenergie, welche auf den Ambosskörper 23 übertragen wird. Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 dargestellt, bei welchem eine speziell gestaltete Gummimembran 52 derart geformt ist, dass sie die auf die Gummimembran 52 angewandte Haftspannung relativ zu der Dauerschwingspannung während eines Betriebs der Ultraschallverschweissvorrichtung erhöht.

Wie in Fig. 4 dargestellt, umfasst die Gummimembran 52 einen ersten Abschnitt 54 parallel zu dem Verschweissabschnitt 26, einen zweiten Abschnitt 56, welcher gewinkelt ist, einen dritten Abschnitt 58 parallel zu dem Verschweiss-abschnitt 26, einen vierten Abschnitt 60, welcher gewinkelt ist, und einen fünften Abschnitt 62 parallel zu dem Verschweissabschnitt. Die spezielle Gestaltung verhindert, dass sich die Gummimembran 52 von dem Amboss 20 durch Erhöhen der Haftspannung relativ zu der Dauerschwingspannung ablöst.

Zum Vergleich ist in den Fig. 5A und 5B ein Amboss des Standes der Technik dargestellt, welcher eine Gummimembran 52A mit einer praktisch geradlinigen Gestaltung verwendet. Die Gummimembran 52A des Standes der Technik neigt zu einer Ablösung infolge der Dauerschwingspannung und einer mangelnden Haftspannung. In den Fig. 6A und 6B ist der Amboss 20 mit der Gummimembran 52 von Fig. 4 dargestellt. Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 7A und 7B dargestellt, wobei die Gummimembran 52 speziell anders als die in den Fig. 6A und 6B dargestellte gestaltet ist.

Derzeit weisen die meisten Ambosse das Verschweissmuster als untrennbare Komponente des Ambosses auf. Der Amboss 20 der vorliegenden Erfindung weist zusätzlich zu den oben erwähnten Aspekten ferner einen neuartigen Aufbau auf, welcher den Verschweissabschnitt von dem Schwingabschnitt 24 und dem Rest des Ambosses 20 trennt. Wie in Fig. 8 dargestellt, kann der Amboss 20 der vorliegenden Erfindung in die folgenden Hauptkomponenten getrennt werden: den Ambosskörper 23; den Schwingabschnitt 24; das Kühlsystem und den Verschweissabschnitt 26. Der Mehrkomponenten-amboss 20 ermöglicht eine einfache Ersetzung bzw. einen einfachen Austausch der Komponenten gegen-über einem typischen Amboss, welcher als Gesamteinheit ausgetauscht werden muss.

Der Verschweissabschnitt 26 kann ausgewechselt werden, ohne die Dämmung zwischen dem Schwingabschnitt 24 und dem Ambosskörper 23 zu stören.

Ein Satz von Schrauben 70 verbindet den Verschweissabschnitt 26 mit dem Schwingabschnitt 24 und ermöglicht eine einfache Ersetzung von Verschweissabschnitten 26. Die Schrauben 70 gelangen nicht in Berührung mit der Gummimembran 52 oder dem internen Durchgangsweg 40. Eine Revulkanisierung der Gummimembran 52 wird ferner vermieden, wenn ein neuer Verschweissabschnitt benötigt wird, da der Schwingabschnitt 24 und der Ambosskörper 23, welche die Gummimembran 52 umgeben, während der Ersetzung der Verschweissabschnitte 26 nicht versetzt werden.

Es ist klar, dass während einer Ultraschallverschweissung das Fehlen eines zu verschweissenden Gegenstands, wie eines Verpackungsmaterials, zu einer Beschädigung des Ambosses 20 und der Sonotrode 72 des Ultraschallhorns 74 führt. Bei manchen spezifischen Verschweissanwendungen ist es erforderlich, eine vorbestimmte Distanz zwischen der Sonotrode 72 und dem Amboss 20 während des Ult-raschallverschweissvorgangs beizubehalten. Ein übermässiger Druck auf ein eine Ultraschallverschweissung erfahrendes Verpackungsmaterial, welcher zu einem geschmolzenen Verpackungsmaterial führt, das aus dem Verschweissbereich extrudiert wird, ist ein Beispiel einer spezifischen Verschweissanwendung, bei welcher es erforderlich ist, eine Minimaldistanz zwischen der Sonotrode 72 und dem Amboss 20 beizubehalten.

Um eine Beschädigung des Ambosses 20 und der Sonotrode 72 zu verhindern, und um eine vorbestimmte Distanz zwischen dem Amboss 20 und der Sonotrode 72 beizubehalten, umfasst die vorliegende Erfindung eine Vielzahl von Stützauflagen 76 zum Bilden eines Spalts zwischen der Sonotrode 72 und dem Amboss 20.

Wie in Fig. 9 dargestellt, weist der Amboss 20 eine Vielzahl von Stützauflagen 76 auf, welche an vorbestimmten Positionen angeordnet sind, um ein übermässiges Verschweissen eines Kartonendes und eine Beschädigung der Verschweisseinrichtung zu verhindern. Die Vielzahl von Stützauflagen 76 ist auf dem Amboss 20 angeordnet. Die Stützauflagen 76 bestehen aus einem wärmebeständigen Kunststoffmaterial, welches eine niedrige Kriechdehnung und eine ausreichende Alterungsbeständigkeit aufweist, um dem sich wiederholenden Verschweissvorgang standzuhalten. Die Länge der Stützauflagen 76 ist bestimmt durch die Verschweissanforderungen. Wie in den Fig. 10 und 11 dargestellt, ist die Länge der Stützauflagen 76 bestimmt durch die Dicke des Verschlusses, welcher durch das Ultraschallhorn und den Amboss zu verschweissen ist.

Wenn die Länge nicht ausreichend ist, so kommt es während des Verschweissvorgangs zum Extrudieren des Verschlussmaterials nach aus sen. Wenn die Länge grösser als erforderlich ist, so wird der Verschluss während des Verschweissvorgangs nicht richtig verschweisst. Eine bevorzugte Stützauflage 76 besteht aus einem Polyetheretherketon ("PEEK"). Das PEEK-Material ist in der Lage, den ausserordentlich hohen Belastungen, bis zu 3000 N, an den Stützauflagen 76 standzuhalten.

Industrielle Anwendbarkeit

Die Ultraschall-Kartonverschweissvorrichtung der Patentanmeldung von Schott et al. ist in Fig. 12 dargestellt. Wie oben erwähnt, kann der neuartige Amboss der vorliegenden Erfindung verwendet werden als Komponente einer Kartonverschweissvorrichtung bei einer Kartonfüll- und Verschweissmaschine, wie in Stark et al. beschrieben. Wie in Fig. 12 dargestellt, weist die Kartonverschweissvorrichtung eine Vielzahl von Komponenten zum Ausführen eines Verschweissvorgangs an einem Verschluss auf. Im Einzelnen sind insbesondere gezeichnet: Nocken 101, Zugstange 102, Parallelschiene 103, Stickstoff-Zylinder 104, Servomotor 105, Gestell 106, Ult-raschallpaket 107 und Verschweissbereich 108. Von Interesse sind die Ambosse 20A-H, die Ambossschiene 38 und die Ultraschallhörner.

Die Fig. 13-15 zeigen einen an einem Verschluss mit giebelförmiger Oberseite ausgeführten Verschweissvorgang. In Fig. 13 ist ein Amboss 20 gegenüber einem Ultraschallhorn 74 angeordnet. In Fig. 14 ist ein Ende 80 eines Verschlusses mit giebelförmiger Oberseite zwischen dem Amboss 20 und dem Ultraschallhorn 74 angeordnet, bevor er durch Ultraschallenergie verschweisst wird. In Fig. 15 ist der Amboss 20 in Eingriff mit dem Ende 80, wobei dieses gegen das Ultraschallhorn 74 gedrückt wird, um den Verschluss durch von dem Ultraschallhorn 74 erzeugte Ultraschallenergie zusammenzuschweissen. Die Einrichtung zur Schalldämmung verringert die Menge an Ultraschallenergie, welche ausgehend von dem Schwingabschnitt 24 auf den Ambosskörper 23 übertragen wird.

Dies verringert ebenfalls die Menge an Ultraschallenergie, welche auf andere Komponenten der Kartonverschweissvorrichtung und der Maschine übertragen wird.

Claims

1. Vorrichtung mit mindestens einem Amboss zur Verwendung in Verbindung mit mindestens einem Ult-raschallhorn, wobei im Betrieb ein Vorderende des Ambosses dem Ultraschallhorn zugewandt ist, wobei der Amboss umfasst: einen Ambosskörper; einen Schwingabschnitt, welcher vor dem Ambosskörper angeordnet ist; einen Verschweissabschnitt, welcher an dem Schwingabschnitt angebracht ist; eine Einrichtung zur Schalldämmung des Ambosskörpers, welche zwischen dem Ambosskörper und dem Schwingabschnitt angeordnet ist; und ein Kühlsystem, welches innerhalb des Ambosses angeordnet ist.

2.

Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zur Schalldämmung des Ambosses den Ambosskörper umfasst, welcher mit dem Schwingabschnitt durch ein Paar von parallelen Brücken verbunden ist, wodurch ein Luftraumschlitz gebildet wird, welcher den Ambosskörper von dem Schwing-abschnitt trennt, wobei das Paar von parallelen Brücken zusammen mit dem Ambosskörper und dem Schwingabschnitt eine Grenze um den Luftraumschlitz bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zur Schalldämmung des Ambosses eine Membran umfasst, welche aus einem Gummi besteht, welcher derart gestaltet ist, dass die Haftspannung relativ zu der Dauerschwingspannung erhöht wird.

4.

Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Verschweissabschnitt aus einer Schiene mit einer oberen Fläche und einer unteren Fläche besteht, wobei die obere Fläche ein Verschweissmuster darauf aufweist und die untere Fläche zu dem Schwingabschnitt angeordnet ist, und wobei der Verschweissabschnitt mit dem Schwingabschnitt ohne Berührung mit der Einrichtung zur Schalldämmung des Ambosses verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kühlsystem umfasst, dass der Schwingabschnitt einen internen Durchgangsweg für die Strömung eines Wärmeabführfluids durch diesen hindurch aufweist.

6.

Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Gestaltung der Membran aus einem ersten geradlinigen Abschnitt parallel zu dem Verschweissabschnitt, einem ersten Diagonalabschnitt, welcher mit dem ersten geradlinigen Abschnitt an einem Ende verbunden ist, einem zweiten geradlinigen Abschnitt, welcher zu dem ersten geradlinigen Abschnitt parallel und hinter dem ersten Abschnitt angeordnet ist, wobei der zweite geradlinige Abschnitt mit dem ersten Diagonalabschnitt an einem gegenüberliegenden Ende zu der ersten Diagonalabschnittsverbindung zu dem ersten geradlinigen Abschnitt verbunden ist, einem zweiten Diagonalabschnitt, welcher mit dem zweiten geradlinigen Abschnitt an einem gegenüberliegenden Ende zu der ersten Diagonalverbindung zu dem zweiten geradlinigen Abschnitt verbunden ist, einem dritten geradlinigen Abschnitt, welcher mit dem zweiten Diagonalabschnitt verbunden ist,

wobei der dritte geradlinige Abschnitte parallel zu dem Verschweissabschnitt ist und in der gleichen Ebene wie der erste geradlinige Abschnitt liegt, besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Verschweissabschnitt gegen einen anderen Ver-schweiss-abschnitt austauschbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Wärmeabführfluid Wasser ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Vielzahl von Auflagen, welche aus dem Verschweissabschnitt herausragen und auf dem Verschweissabschnitt angeordnet sind, um eine Störung der Ultraschallverschweissung zu vermeiden, wobei jede der Vielzahl von Auflagen eine vorbestimmte Länge aufweist, welche im Wesentlichen der Minimaldicke eines Gegenstands entspricht, welcher einer Ultraschallverschweissung unterzogen wird.

10.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Verwendung in Verbindung mit einer Vielzahl von Ultraschallhörnern, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Ambossschiene, welche mit einem Ambossantrieb verbunden ist, wobei der Ambossantrieb die Ambossschiene in Bewegung versetzt; eine Vielzahl von Ambossen, welche an der Ambossschiene angebracht sind, wobei jeder der Vielzahl von Ambossen einen Ambosskörper, einen Schwingkörper, welcher vor dem Ambosskörper angeordnet ist und einen Durchgangsweg zum Kühlen des Ambosses mittels eines Wärmeabführfluids aufweist, einen Ver-schweiss-abschnitt, welcher über dem Schwingabschnitt angeordnet ist, und eine Einrichtung zur Schalldämmung des Ambosskörpers, welche zwischen dem Ambosskörper und dem Schwingabschnitt angeordnet ist, umfasst, wobei jeder der Vielzahl von Ambossen in der Lage ist,

einzelne Verschweissvorgänge in Verbindung mit einem Ultraschallhorn auszuführen; eine Vielzahl von die Ambosse miteinander verbindenden Rohren für die Übertragung des Wärmeabführfluids zwischen den Durchgangswegen von jedem der Vielzahl von Ambossen, wobei jedes der Vielzahl von die Ambosse miteinander verbindenden Rohren zu jedem entsprechenden Amboss der Vielzahl von Ambossen durch mindestens einen O-Ring abgedichtet ist; eine Wärmeabführfluid-Quelle in Strömungsverbindung mit der Vielzahl von die Ambosse miteinander verbindenden Rohren durch ein Einlassrohr; und einen Entladebehälter in Strömungsverbindung mit der Vielzahl von Verbindungsrohren durch ein Auslassrohr.